PWM-M可逆调速系统设计《运动控制系统》课程设计说明书.doc

PWM-M可逆调速系统设计 《运动控制系统》课程设计说明书 目录 摘要 3 一、直流调速介绍 4 1.1 调速定义 4 1.2 调速方法 4 1.2.1 调节电枢供电电压U 4 1.2.2 改变电动机主磁通 4 1.2.3 改变电枢回路电阻R 4 1.3 调速指标 5 1.3.1 调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围） 5 1.3.2 动态速降 5 1.3.3 恢复时间 5 二、双闭环直流调速系统介绍 6 2.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 6 2.2 双闭环调速系统的起动过程 7 2.2.1 理想启动过程 7 2.2.2 实际启动过程分析 9 2.3 双闭环调速系统的起动过程三个特点： 11 2.3.1 饱和非线性控制 11 2.3.2准时间最优控制 11 2.3.3转速超调 11 2.4 PI调节器的稳态特征 12 2.4.1 速调节器不饱和 12 2.4.2 转速调节器饱和 13 2.5 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 14 三、设计任务及要求 15 3.1 设计初始条件 15 3.2 要求完成的主要任务 15 四、PWM-M调速系统设计 16 4.1 直流PWM-M调速系统 16 4.2 UPE环节的电路波形分析 18 4.3 电流调节器的设计 19 4.3.1 电流环结构框图的化简 19 4.3.2电流调节器参数计算 20 4.3.3 参数校验 22 4.3.4 计算调节器电阻和电容 23 4.4 转速调节器的设计 23 4.4.1 电流环的等效闭环传递函数 23 4.4.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 24 4.4.3 转速调节器的参数的计算 27 4.4.4 参数校验 27 4.4.5 计算调节器电阻和电容 28 4.5 调速范围静差率的计算 29 五、系统仿真 30 5.1 仿真软件Simulink介绍 30 5.2 Simulink仿真步骤 30 5.3 双闭环仿真模型 31 5.4 双闭环系统仿真波形图 31 六、心得体会及小结 33 七、参考文献 34 摘要 为了满足生产工艺要求，需要改变工作速度，在当代工业上PWM控制调速系统已经被广泛地应用，轧制品种和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。其优点还是日益突现，而带有双闭环的调速系统更是受到广泛欢迎。生产机械的调速方法可以采用机械的方法取得，但是机械设备的变速机构较复杂，所以在现代电力拖动中，大多数采用电气调速方法。电气调速就是对机械的电动机进行转速调节，在某一负载下人为地改变电动机的转速。 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，首先要具有较高的机电能量转换效率；其次应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。直流电动机具有良好的起动、制动性能，适宜在较大范围内调速，在许多需要高性能可控电力拖动领域中得到广泛的应用。近年来交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它是交流拖动控制系统的基础，所以应该很好地掌握直流调速系统。 采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要在。因此，为了使调速达到高精度、高准度的要求，本次设计使用了电流调节器和转速调节器，以此来组成双闭环，电流环为内环，转速环为外环。这样的设计能够达到任务要求的静态指标和动态指标。 关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速 一、直流调速介绍 1.1 调速定义 调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。 1.2 调速方法 1.2.1 调节电枢供电电压U 改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 1.2.2 改变电动机主磁通 改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。 1.2.3 改变电枢回路电阻R 在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 1.3 调速指标 1.3.1 调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围） 恒转矩调速范围是指调速系统在